能量函数在高拱坝动力优化设计中的应用

针对高地震区高拱坝的抗震设计 ,从高拱坝的动力平衡方程出发 ,导出了基于拱坝体型特征量的状态控制方程 ,提出了拱坝结构抗震动力优化设计的数学模型 ,建立了动力最优化的能量目标函数。应用于小湾拱坝的抗震设计中 ,动力优化方案相对于初始方案 ,在应力指标和大坝体积上均得到改善 ,体现了较好的安全性与经济性 ,表明在动力优化设计中应用能量目标函数对提高拱坝抗震能力有效可行 ,具有综合的“多目标”特征     

建筑结构振动控制的发展动态

介绍振动控制技术在建筑结构抗震设计中应用的发展过程，综述智能控制在建筑结构抗震设计中的应用，控制策略的非线性化分析等，最后简略讨论了建筑结构振动控制的研究方向．     

体外预应力自复位框架试验分析

地震过程中传统钢筋混凝土结构通过梁柱节点的塑形变形耗散地震能量,虽然能保证主体结构不倒,但结构中产生的不可恢复变形,给震后结构的维护修补带来巨大经济压力。故本文提出了一种体外预应力自复位框架(EPSCF),耗能件在地震过程中发生塑性变形耗散地震能,地震过后结构通过自复位机制实现结构的自复位。首先设计了一榀试验模型并进行了钢绞线参数的计算。鉴于模型中梁、柱、基础之间均为铰接,钢绞线中的预应力提供结构刚度,故预应力张拉应采取"两端同时,对角张拉"的工艺。其次利用拟静力试验,对EPSCF结构施加往复循环作用,使结构在正反两个方向重复加载和卸载,以模拟地震时结构在往复运动中的受力特点和变形特点。研究结果表明:(1)EPSCF结构表现出良好的二次刚度特性,可为结构基于性能的抗震设计提供参考;(2)EPSCF结构设置的耗能机制耗能效果显著,可有效保护梁柱主体结构构件在地震过程中的完好性。     

随机激励下考虑SSI效应的TMD-结构控制参数优化设计

TMD是高层建筑结构抗震和抗风等减震控制的主要方法,结构体系频率和TMD参数的适配性对控制效果起决定性作用。现有规范中忽略土对上部结的构的影响,使得TMD-结构振动控制与实际工程情况存在脱节。本文以结构的最大层间位移为控制指标,将优化算法与概率密度理论方法结合,以十层混凝土框架TMD-结构参数优化为例,研究了SSI对TMD结构控制效果的影响,并实现了随机激励下TMD建筑结构参数的优化设计。为TMD建筑结构最优化设计提供了新的思路和方法。     

基于可靠度和功能的框架—剪力墙结构抗震优化设计

作为结构抗震设计的发展方向,近年来基于功能的结构抗震设计思想引起了地震工程界的广泛重视,并取得了迅速发展,其基本思想就是在充分考虑结构抗震设计中的不确定性的情况下,采用基于“投资－效益”准则和强调结构“个性”的设计,本文讨论了基于可靠度和功能的结构抗震优化设计思想,建立了钢筋混凝土呆－剪力墙结构 抗震优化设计模型,给出了结构可靠度的近似计算方法,最后计算了钢筋混凝土框架－剪力墙的算例。     

非线性建筑物上的附属结构响应分析

根据抗震规范设计的要求,在强烈地震作用下建筑结构会进入屈服阶段,对二次结构体系进行动力分析时需要考虑主体建筑结构的非线性.基于此,本文利用随机振动和等效线性化方法推导了由非线性主体结构和支撑于其上的附属结构所组成的二次结构体系的随机响应表达式,以此来分析了主体结构非线性对附属结构动力响应的影响,进而以附属结构的均方响应为研究指标,分析了主体结构非线性对附属结构最优位置的影响,并对多个附属结构的相互影响进行了研究,得到了一些有益的结论.     

地下结构地震响应的计算模型

地震时地下结构在围岩的约束作用下发生变形,其动态特性与地面结构有很大不同.自二十世纪七八十年代以来,地下结构抗震设计与研究取得了很大进展.总的看来,工程设计中普遍采用的计算方法与设计导则大都建立在比较简单假定的基础上,实际的岩土介质条件都是十分复杂的.地下结构抗震研究的近期成果则表现在对地下结构动力分析中的波动散射问题提出了波函数展开法以及边界积分方程方法等多种计算方法.但计算相对复杂,在工程设计中的推广应用有一定困难.此文致力于地下结构计算模型的改进,使之具有良好的计算精度与效率,又便于工程应用.为此,提出了一种地下结构抗震响应分析的新的计算模型.模型具有较广泛的适应性,可以进行河谷、孔洞、地下铁道、隧洞等地下结构的散射与绕射分析.对于复杂层状的地质条件,提出了格林函数求解简便而有效的方法.数值算例论证了方法的精度和效率.     

自感知主被动阻尼悬臂梁动态特性分析

由Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理导出了压电层作约束层作约束层的自感知主被动阻尼控制结构的振动控制方程;由自感知电压引入速度负反馈闭环控制,并由假设模态法将位移按模态展开,求解了悬臂梁结构的动态特征;对被动控制、自感知主动控制、自感知主被动控制的控制效果进行了分析比较;分析了粘弹层厚度变化、材料参数变化以及压电层厚度、位置等结构参数变化对控制效果及模态频率的影响;并对自感知主被动阻尼控制结构的特点和设计中应注     

带TLD结构基于Davenport谱随机风振响应分析和风荷载取值的复模态法

对带TLD控制系统的高层建筑随机风振响应和等效静态设计风载取值问题进行了系统研究。针对主体结构用第一振型展开所得方程为非经典阻尼和非对称结构运动方程,用复模态理论解耦,并利用随机振动理论获得结构风振响应解析式,建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,继而利用等效单自由度体系随机风振响应的解析解,获得了带TLD结构基于现行规范Davenport谱随机风振响应和等效静态设计风载的解析解,并给出算例,从而建立了非经典阻尼非对称被动控制结构基于Davenport谱随机风振响应和风载取值的一般解析方法。由于获得解析解,故本文方法可用于带TMD、TLD等结构基于动力可靠度约束的抗风优化设计。此外,由于建立了将结构分解为一系列等效单自由度体系的一般方法,利用等效单自由度体系与抗震反应谱的关系,本文方法还可用于非经典阻尼非对称被动控制结构基于抗震反应谱的地震作用取值。     

基于滑模理论的建筑结构分散稳定控制

基于大系统分散控制思想,将大尺度高阶建筑结构系统分解为多个子结构系统;子结构之间的相互耦合作用视为有界广义力,得到以状态方程形式的子结构模型。利用滑模理论的抗摄动条件,设计具有全局稳定的子结构滑动模态轨迹,利用子结构系统局部状态实现全局稳定的控制力条件,并以参数ρi实现各子结构间的调节,建立稳定的分散控制格式。在控制算法中采用了准滑模控制方法,克服变结构滑动模态中的抖振影响。利用本文方法,对20层钢结构基准模型在地震激励下的控制进行设计并数值仿真,验证了该方法的有效性。     

高拱坝气幕隔震的动力模型试验

为了研究高拱坝的气幕隔震效果,基于动力相似准则,设计了坝体-坝基-气幕-库水三相耦合系统的动力试验模型。其中,坝体材料采用河沙、重晶石粉、铁粉、松香、酒精调制而成,坝基材料采用膨胀珍珠岩和石膏调制的轻质材料,气幕厚度为1cm,均匀地覆盖在坝体上游面,气室壁材料选用ABS工程塑料。基于该模型,完成了两种实测地震波不同峰值加速度共计12个工况的大型振动台试验。试验结果表明:气幕使动水压力显著降低,坝体加速度也相应减小;靠近坝底的测点动水压力削减达70%以上,坝顶加速度减小约20%。因此,气幕可提高坝体的抗震性能。     

Reservoir water level effects on nonlinear dynamic response of arch dams

In this study, reservoir water level effects on nonlinear dynamic response of arch dams are investigated. For this purpose, the nonlinear behaviour of the dam concrete is idealized as elasto-plastic using the Drucker–Prager model based on the associated flow rule assumption. Water in the reservoir is represented by the Lagrangian (displacement-based) fluid finite elements. The program NONSAP is modified for elasto-plastic analysis of fluid–structure systems and employed in the response calculations. Nonlinear dynamic analysis of an arch dam subjected to earthquake ground motion is performed for five different water levels. The El-Centro N–S component of the Imperial Valley earthquake, on May 18, 1940, has been used as the ground motion. The crest displacements, the maximum tensile stresses on the upstream and downstream faces of the dam and the time history of the yield function of an element in the dam body are presented. The results obtained from nonlinear analyses for different water levels are compared with each other. It is apparent that the reservoir water level effects must be considered in the elasto-plastic analyses of arch dams to earthquake ground motion.     

非线性子结构方法中实现对结构抗震措施阻尼器的数值模拟

应用子结构理论，对设置伸缩横缝的小湾高拱坝结构，分别就正常高水位常遇低水位两种水位工况，考虑坝体伸缩横缝在地震交变荷载作用下反复开合引起的缝面问滑移．接触等效应的影响，坝体一库水的相互作用而产生的动水压力的影响，对坝体的抗震性能进行了地震反应分析。对伸缩缝问设置阻尼器这一新的设计思想进行了可行性的研究，论证推导了阻尼器的计算模型，探讨了阻尼器对坝体结构抗震性能的影响。     

高拱坝伸缩横缝间布设抗震钢筋的动力反应分析

应用动力非线性子结构理论,对设置伸缩横缝的小湾高拱坝实际工程结构抗震分析中的坝体横缝加抗震钢筋问题进行了研究。讨论并建立了坝体伸缩横缝在地震荷载作用下穿越缝间抗震钢筋的数学模型,给出了动力非线性子结构法考虑缝间抗震钢筋影响的求解公式;并就正常高水位常与低水位两种水位工况,对坝体的抗震性能进行了计算分析。讨论了在地震荷载作用下抗震钢筋对坝体横缝张开度、坝体应力以及加速度响应的影响。     

可重构力学超材料的设计与波动特性研究

力学超材料中的弯曲梁双稳态结构由于其主动调控性强且调控精度高等优点近年来受到广泛关注. 文章利用中心受压弯曲梁的不稳定性设计了六角型双稳态结构, 首先建立了等效弯曲梁模型, 基于梁变形微分方程及能量最低原理探明了结构双稳态特性的产生基理, 之后利用有限元数值计算研究了结构几何参数对其整体力学性能的影响, 分别得到了具备自恢复及双稳态性能的结构几何参数范围, 绘制了几何参数与力学性能之间的相图. 同时, 可重构结构的可控变形能力有助于调整整体的色散特性, 利用数值仿真研究了具备双稳态特性的结构在拉伸和压缩两种构型下的色散关系, 对比分析了不同结构几何参数及构型转变对结构产生的带隙位置及范围的影响, 之后对由不同构型单胞组成的周期性结构进行了频响分析来验证带隙计算的准确性. 通过六角型可重构结构的力学特性、色散特性研究及频响分析表明可以通过结构几何参数的设计实现对结构整体性能的主动调控, 为可逆向设计的弹性波超材料结构研究分析提供了一条可靠路径.      

高拱坝动力特性与动力响应模型试验研究

高拱坝的动力破坏特性越来越受到关注,动力特性和动力响应是其研究的一个重要方面。通过模型试验的方法研究高拱坝动力特性和动力响应的特征,动力特性试验比较了完好结构与有施工横缝结构的基阶动力特性,表明当结构存在施工横缝时,结构基阶频率降低,阻尼增大。结构动力响应采用振动台模拟地震波激励,试验结果表明,完整结构与有施工缝结构动力响应具体数据不同,但规律相同。加速度最大响应沿拱顶水平向在坝中拱顶的值最大,向两边的坝肩处,加速度最大响应逐渐减小。沿拱坝垂向加速度最大响应从坝顶到基础,响应均逐渐减小。试验结果可为高拱坝结构动力安全研究提供技术依据。     

纳子峡纤维素纤维混凝土面板坝服役期渗流特性分析

为掌握纳子峡纤维混凝土面板砂砾石坝在服役期间的抗渗情况,在纳子峡水利枢纽布置了较全面的渗流监测设备,根据纳子峡面板砂砾石坝在2016年至2018年间的渗流监测结果,对大坝坝基、坝体、周边缝、绕坝渗流及大坝渗漏量的渗流变化规律及分布特征进行了分析和评价。分析结果表明:坝基、坝体、周边缝等重点部位防渗系统工作正常,渗流量趋于稳定;绕坝渗流及大坝渗漏量符合实际渗流规律,纳子峡水利枢纽工程大坝渗流监测设计合理,能充分反映大坝不同部位的渗流情况。大坝在地震时期的渗流形态稳定,地震对面板损坏程度影响较小,面板裂缝在控制范围之内,纤维素纤维混凝土服役性能稳定,在面板混凝土中添加纤维素纤维有利于面板防渗。     

Rheology and dynamics of repulsive clathrates

The physical and thermodynamic properties of a repulsive clathrate used as a working body for the dissipation, storage, and conversion of energy in thermomechanical systems are studied. In repulsive clathrates, use is made for the first time of the molecular repulsive forces acting in large interfacial areas in a system consisting of a fluid and a capillary-porous matrix not wetted by this fluid. Based on experimental studies of a car damper with a repulsive clathrate, a rheological model of energy dissipation was developed which can be used to design compact high-performance dampers for different purposes and anti-seismic systems of new generation.     

Motion control of the flexible manipulator via controllable local degrees of freedom

In order to improve motion accuracy of the flexible manipulator, an idea of using its topological characteristics to suppress vibration is suggested. The concept of controllable local degree of freedom is proposed and introduced to the topological structure of the flexible manipulator. It is shown that the arbitrary motion provided by the controllable local degrees of freedom plays an important role in eliminating undesired effects of the flexibility. On this basis, a method for reducing motion error of the flexible manipulator is put forward. By planning the motion of controllable local degrees of freedom, the appropriate control force can be constructed to increase the damping force and eliminate the exciting force of the flexible manipulator, thereby improving the end-effector accuracy. The results, demonstrated by the numerical simulations, are highly promising and suggest that controllable local degrees of freedom can be a useful tool in combating the undesired vibration deformation of the flexible manipulator.